摘要：本文針對(duì)地鐵MVB網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了介紹，并且根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)模型簡要說明在地鐵車輛控制系統(tǒng)中MVB總線在其中的一種應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：MVB總線;地鐵車輛控制系統(tǒng)

一、地鐵MVB網(wǎng)絡(luò)介紹

(一)MVB 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

因?yàn)閭鹘y(tǒng)的地鐵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，在司機(jī)的操作臺(tái)上會(huì)固定有IDU，所以，IDU這個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中一直都有所保留。因此，中央控制單元，傳動(dòng)控制單元1、2，智能顯示單元，邏輯控制單元1、2，安全監(jiān)測單元都是在地鐵車輛級(jí)總線MVB中所存在的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(二)網(wǎng)絡(luò)各單元功能劃分

在地鐵網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有著不同的作用。MVB通信的檢測和管理，牽引、制動(dòng)特性控制以及一些輔助功能是由中央控制單元進(jìn)行負(fù)責(zé)的。轉(zhuǎn)向架的傳動(dòng)主要是由傳動(dòng)控制單元進(jìn)行的負(fù)責(zé)的;數(shù)字量、模擬量信號(hào)的采集以及地鐵信號(hào)的邏輯運(yùn)算是由邏輯控制單元進(jìn)行主要負(fù)責(zé)的;地鐵狀態(tài)的顯示、地鐵故障信息的現(xiàn)實(shí)和診斷以及一些地鐵參數(shù)的設(shè)置都是由智能顯示單元進(jìn)行負(fù)責(zé)的;MVB網(wǎng)絡(luò)中，安全監(jiān)測單元所起到的作用是尤為重要的，主要執(zhí)行以下功能：

1、與MVB 各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，記錄各節(jié)點(diǎn)的全部狀態(tài)信息;2、實(shí)現(xiàn)MVB 總線上的故障信息記錄;3、與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通訊。

(三)SDU 設(shè)計(jì)介紹

MVB網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)機(jī)箱SDU以及上位機(jī)兩部分是組成安全監(jiān)測系統(tǒng)的主要因素。SDU的實(shí)現(xiàn)要能夠很好地聯(lián)系MVB總線上的各節(jié)點(diǎn)，并且還要能夠與上位機(jī)有串口通訊的實(shí)現(xiàn)。將管理信息系統(tǒng)建立在上位機(jī)系統(tǒng)上，通過串口通訊對(duì)下位機(jī)發(fā)送過來的信息進(jìn)行接受，有合格的校驗(yàn)之后，將地鐵的狀態(tài)記錄在上位機(jī)上，并且要參照需求，在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)信息，這樣的話，數(shù)據(jù)的安全性就會(huì)很高。

SDU 機(jī)箱主要由具有嵌入式系統(tǒng)的C P U 板組成以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。C P U 板采用以A R M 7 為內(nèi)核的32 bit 嵌入式計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)采用嵌入式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)N U C L E U S ，并將M V B 協(xié)議控制器芯片成功地嵌入在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，形成了完整的嵌入式CPU 系統(tǒng)。處理器型號(hào)為NET+ ARM50，該芯片采用32 bitARM7 TDMI RSIC 中心處理模塊;可運(yùn)行在5 種監(jiān)測模式和1 種用戶模式下;支持16 種工作頻率;集中式的10 /100 Ethernet;P1284/ENI 接口;2 個(gè)串口(UART 、HDLC、SPI );10 通道DMA 控制器;支持8、16、32 bit 外部總線設(shè)備，支持SRAM、FD / EDO DRAM、SDRAM、F L A S H、EEPROM。

二、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性計(jì)算模型

(一)過程數(shù)據(jù)的延遲分析

站在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的角度上進(jìn)行分析，地鐵交通車輛的通信網(wǎng)有MVB總線的引入之后，就實(shí)現(xiàn)了真正的分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)行為正確性的判斷中，計(jì)算結(jié)構(gòu)的正確性起著決定性的作用，并且產(chǎn)生結(jié)果的時(shí)間也會(huì)對(duì)其帶來直接的影響。為了能夠?qū)θ蝿?wù)的執(zhí)行性能以及應(yīng)用層的對(duì)象需求有所保證，在過程數(shù)據(jù)中，采取的方式一定要是很有效的，使其可以在各個(gè)任務(wù)之間進(jìn)行發(fā)送和接受，并且及時(shí)性很強(qiáng)，這樣的話，任務(wù)之間的數(shù)據(jù)的傳輸可以保持在一定的延遲時(shí)間之內(nèi)進(jìn)行。

1) 報(bào)文分組在緩存器內(nèi)的平均等待延遲Tq

從報(bào)文分組到達(dá)緩存器后開始排隊(duì)到獲得傳輸之間的延遲, 該延遲由通信網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)訪問控制方式?jīng)Q定。

2) 發(fā)送報(bào)文分組的延遲T s

發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳輸鏈路上開始發(fā)送報(bào)文分組的第一個(gè)比特到發(fā)送完該報(bào)文分組的最后一個(gè)比特所用的時(shí)間, 該延遲由報(bào)文分組的長度和網(wǎng)絡(luò)傳輸速率決定。設(shè)報(bào)文分組長度為L m ( bit ) , 網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率為V ( bit s- 1 ) , 則發(fā)送報(bào)文分組的延遲為T s =Lm/V。

3) 介質(zhì)傳播延遲T j

發(fā)送節(jié)點(diǎn)在傳播介質(zhì)上發(fā)送第一個(gè)比特到該比特到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)所用的時(shí)間, 該延遲由傳播介質(zhì)的距離與傳播介質(zhì)的速度決定。

4) 報(bào)文處理延遲T p

接收節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的報(bào)文進(jìn)行處理到提交給應(yīng)用任務(wù)的時(shí)間延遲, 其中包括協(xié)議拆分、報(bào)文拼裝以及與應(yīng)用任務(wù)通信等所用的時(shí)間, 該延遲取決于通信節(jié)點(diǎn)的CPU 對(duì)報(bào)文到達(dá)的中斷響應(yīng)機(jī)制以及實(shí)時(shí)內(nèi)核的任務(wù)調(diào)度算法。這里涉及的端系統(tǒng)處理延遲與CPU 的性能、操作系統(tǒng)等因素有密切關(guān)系,分析網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)可暫時(shí)不予考慮。

(二)過程數(shù)據(jù)的延遲計(jì)算

MVB 采用主從輪詢的方式進(jìn)行介質(zhì)訪問, 在輪詢周期內(nèi), 主控節(jié)點(diǎn)發(fā)送主幀數(shù)據(jù)依次輪詢各從節(jié)點(diǎn); 從節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)選設(shè)定, 發(fā)送不同數(shù)據(jù)格式的響應(yīng)幀。設(shè)各從節(jié)點(diǎn)的報(bào)文分組到達(dá)時(shí)間間隔在統(tǒng)計(jì)上服從負(fù)指數(shù)分布, 報(bào)文分組的平均到達(dá)率均為􀀁 ( 分組s- 1 );節(jié)點(diǎn)間的漫游時(shí)間( walk time) w 為常數(shù), 且鄰節(jié)點(diǎn)間的漫游時(shí)間w均相等。當(dāng)主幀到達(dá)某一個(gè)從節(jié)點(diǎn)時(shí), 該節(jié)點(diǎn)獲得網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為V的共用信道, 設(shè)該節(jié)點(diǎn)停留的平均報(bào)文分組數(shù)( 報(bào)文分組的長度為L ( bit ) ) 為N ,則發(fā)送節(jié)點(diǎn)緩存器內(nèi)的全部報(bào)文分組所用的時(shí)間為NL / V 。當(dāng)從節(jié)點(diǎn)把緩存器內(nèi)的所有報(bào)文分組發(fā)送完畢后, 它在漫游時(shí)間w 內(nèi)將信道轉(zhuǎn)移給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

(三)消息數(shù)據(jù)的延遲計(jì)算

周期相和偶發(fā)相是存在于MVB基本周期中的兩個(gè)內(nèi)容，在偶發(fā)相中，主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一般事件請(qǐng)求幀輪詢各從節(jié)點(diǎn)報(bào)告事件, 如有多個(gè)從節(jié)點(diǎn)同時(shí)有消息事件報(bào)告出現(xiàn)沖突時(shí), 則主節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)事件仲裁( Event _ Arbitration) 機(jī)制, 只詢問一個(gè)從節(jié)點(diǎn), 即主節(jié)點(diǎn)通過發(fā)送組事件請(qǐng)求( Group _ Event _ Request ) , 最后收到一個(gè)正確的消息事件響應(yīng)。之后, 主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行事件巡回( Event _ Round) , 依次解決所有的消息事件請(qǐng)求。

參考資料：

[1] 趙鵬,徐寧.現(xiàn)場總線及接口網(wǎng)橋技術(shù)在BTM中的應(yīng)用[J]中國鐵道科學(xué), 2004, (06) .

[2] 周勝.具有總線管理功能的MVB四類設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]中南大學(xué), 2008 .

[3] 石穎. MVB總線在地鐵列車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]電力機(jī)車與城軌車輛, 2006, (06) .

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